Tertanam
Manufaktur industri
Sakelar lanjutan mengatasi kekurangan tradisional untuk menghadirkan pengoperasian yang cepat, masa pakai yang lebih lama, daya tinggi kinerja dan ukuran paket mikroskopis.
Sakelar solid-state dan relai elektromekanis membantu mengelola daya dalam segala hal dengan arus listrik. Meskipun ada di mana-mana, sakelar dan relai tradisional memiliki kekurangan utama termasuk kehilangan energi, biaya, berat, ukuran, kinerja, dan keandalan. Keterbatasan yang melekat ini membahayakan kemampuan untuk merancang dan menyebarkan jaringan 5G generasi berikutnya dan elektrifikasi segalanya – transisi cepat ke kendaraan listrik, sumber energi berkelanjutan, dan jaringan listrik yang lebih cerdas.
Menlo Micro telah mengatasi keterbatasan sakelar solid-state dan relai mekanis dengan desain sakelar mikromekanis yang memanfaatkan bahan Corning HPFS Fused Silica glass (HPFS) dan teknologi through-glass-via (TGV) yang diisi tembaga. Studi kasus ini menyajikan bagaimana Menlo Micro berkolaborasi dengan Corning's Precision Glass Solutions untuk membuat produk sakelar berdasarkan kaca HPFS Corning. Produk Sakelar Ideal yang dihasilkan dapat beroperasi hingga 1000x lebih cepat daripada relai mekanis, dapat beroperasi lebih lama, dapat menangani daya kilowatt, dan dibangun dalam struktur mikro yang lebih kecil dari rambut manusia, memungkinkan pembuatan sakelar mikromekanis yang dapat beroperasi selama beberapa dekade di bawah kondisi stres tinggi.
Jenis relai baru
Teknologi mengambil lompatan besar ke depan karena IoT, kecerdasan buatan, konektivitas 5G, dan elektrifikasi segalanya mengubah cara kita terhubung, berbagi informasi, dan memahami serta mengendalikan dunia di sekitar kita. Untuk membuat lompatan ke depan ini, kita perlu merancang dan membangun mikroelektronika dengan cara baru dan mengganggu.
Contoh kasus:Kita membutuhkan sakelar dan relai generasi berikutnya yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih tangguh serta hemat energi daripada perangkat solid-state dan elektromekanis tradisional. Sakelar solid-state didasarkan pada teknologi proses CMOS yang sebagian besar sirkuit terintegrasi (IC) diproduksi pada wafer silikon. Namun, karena silikon adalah bahan semikonduktor (yaitu, konduktor parsial), silikon tidak terlalu efisien dan rentan terhadap kebocoran, yang mengakibatkan kehilangan energi dan pembuangan panas yang cukup besar. Sementara insinyur mikroelektronika dapat mendorong kinerja isolasi di CMOS ke tingkat yang lebih tinggi, mereka akhirnya mengalami masalah fisika mendasar. Ada batasan untuk apa yang dapat dicapai dengan wafer silikon untuk mengoptimalkan efisiensi energi dan meminimalkan kebocoran. Dan dengan teknologi dan aplikasi yang lebih canggih, seperti 5G New Radio, batasan ini akan menjadi lebih jelas. Masalah dengan sakelar elektromekanis bermuara pada kebutuhan untuk mengurangi ukuran, berat, daya, dan biaya (SWaP-C). Pengurangan ini akan menjadi dasar untuk mengurangi konsumsi energi dan mempercepat transisi ke infrastruktur 5G generasi berikutnya, teknologi medis, dan kendaraan listrik. Kunci penting untuk memecahkan tantangan ini terletak pada inovasi dalam ilmu material dan material yang tersedia secara umum:kaca.
Kaca adalah isolator; bahan yang ideal sebagai substrat dielektrik untuk sakelar untuk menggantikan wafer silikon (HR-Si) resistivitas tinggi. Kaca memiliki resistivitas beberapa kali lipat lebih tinggi dari HR-Si, yang berarti listrik tidak dapat melewatinya dan tidak ada energi yang hilang. Kolaborasi Corning dengan Menlo Micro memperluas kemungkinan apa yang dapat dicapai dengan wafer kaca.
Kolaborasi Corning dan Menlo Micro
Corning dan Menlo Micro berbagi hubungan bersejarah dengan salah satu penemu terbesar sepanjang masa, Thomas Edison, yang disebut "Wizard of Menlo Park." Menlo Micro lahir dari upaya penelitian selama satu dekade di General Electric (GE) yang didirikan Edison. Baik Corning dan Menlo Micro berfokus untuk menciptakan kembali sesuatu yang dipelopori Edison pada tahun 1800-an:relai mekanis.
Relay adalah sakelar yang dioperasikan secara elektrik yang digunakan untuk mengontrol, memberi daya, dan melindungi apa pun yang beroperasi dengan arus listrik. Sakelar adalah komponen penting di hampir setiap perangkat listrik yang kita gunakan saat ini. Ada dua jenis sakelar dan relai tradisional – elektromekanis dan solid-state – dan keduanya memiliki kekurangan utama. Sakelar elektromekanis dapat menangani daya tingkat tinggi, tetapi besar, lambat, kikuk, dan terkenal tidak dapat diandalkan. Meskipun sakelar solid-state berukuran kecil, cepat, dan andal, sakelar ini membocorkan daya dan menghasilkan panas karena, sebagai perangkat semikonduktor, sakelar tersebut tidak pernah sepenuhnya "mati".
Insinyur telah berusaha mengatasi kekurangan ini selama beberapa dekade, tetapi hasil akhirnya adalah serangkaian kompromi daripada solusi yang hampir sempurna untuk tantangan mendasar yang ditimbulkan oleh sakelar solid-state dan relai mekanis.
Menlo Micro telah merancang teknologi sakelar mikromekanis yang memecahkan masalah utama yang terkait dengan sakelar dan relai yang ada. Sakelar Menlo Micro lebih kecil, lebih ringan, lebih cepat, lebih efisien, lebih mampu menangani daya tinggi, dan memiliki masa pakai lebih lama daripada relai elektromekanis. Mereka juga lebih ramah RF (memberikan linearitas yang lebih tinggi) daripada sakelar solid-state. Teknologi sakelar baru ini dapat diterapkan ke berbagai aplikasi, mulai dari perangkat medis dan infrastruktur komunikasi hingga kedirgantaraan dan elektronik konsumen.
Menlo Micro mampu memecahkan tantangan peralihan, sebagian, karena kolaborasi teknologinya dengan Corning. Sakelar Menlo Micro dibuat di atas kaca silika yang sangat murni dari Corning, yang memungkinkan desain sakelar yang lebih kecil dan lebih hemat energi. Menlo Micro juga menambahkan lapisan kaca lain di atas sakelar yang berisi lubang kecil berisi tembaga yang dikenal sebagai through-glass-vias (TGV), yang dirancang untuk mengalirkan arus ke dan dari sakelar. Mengirimkan sinyal melalui kaca memperpendek jarak yang harus ditempuh listrik hingga 70%, mengurangi ukuran dan biaya relai, serta meningkatkan kinerja listrik.
Fondasi teknis
Para pendiri Menlo Micro memulai penelitian dan pengembangan mereka dengan Corning ketika mereka masih menjadi karyawan GE. Tim tersebut menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mengembangkan proses pembuatan kaca dari bawah ke atas. Dengan dukungan lebih dari $40 juta dari GE dan lebih dari 12 tahun R&D, tim Menlo Micro mengembangkan teknologi yang pada akhirnya akan membawa mereka ke solusi sakelar elektronik saat ini. Pengalaman mereka di GE memicu cara berpikir baru, menghasilkan kategori sakelar baru dengan kapasitas untuk skala manufaktur sakelar mikromekanis yang hemat biaya.
Kolaborasi Menlo Micro dengan Solusi Kaca Presisi Corning memainkan peran penting dalam desain sakelar baru; Divisi Solusi Kaca Presisi Corning adalah produsen wafer kaca silika leburan dengan kemurnian tinggi. Sifat yang melekat pada kaca – kinerja listrik yang sangat baik, toleransi geometris yang ketat, dan kualitas permukaan yang murni – menjadikannya bahan yang cocok untuk perangkat mikroelektronika generasi berikutnya.
Tim Corning/Menlo Micro memulai kolaborasi mereka dengan Corning HPFS Fused Silica glass , yang merupakan 99,999% silika murni (silikon dioksida) dan memberikan kinerja yang konsisten dan berulang. Untuk lapisan dasar, Corning mengolah kaca HPFS menjadi wafer berukuran 8 inci setebal setengah milimeter. Untuk lapisan TGV, Corning memproses wafer yang lebih tipis dan menggunakan laser untuk mengebor 100.000 lubang, masing-masing setengah lebar rambut manusia, dan semuanya tanpa memecahkan kaca dan akhirnya mengisi lubang ini dengan tembaga untuk mengalirkan listrik melalui kaca. Perangkat tapak kecil yang dihasilkan berukuran 5,6 mm kubik. Sakelar Menlo Micro ini menawarkan penanganan daya dan kinerja RF relai elektromekanis dengan ukuran, berat, keandalan, dan kecepatan sakelar solid-state.
Corning dan Menlo Micro mendemonstrasikan integrasi teknologi pengemasan TGV, yang memungkinkan pengembangan produk RF dan daya berkinerja tinggi ke pengemasan skala wafer ultra-kecil. TGV memungkinkan Menlo Micro untuk mengecilkan ukuran produk relai lebih dari 60% dibandingkan dengan teknologi pengemasan ikatan kawat tradisional, sehingga cocok untuk aplikasi di mana peningkatan kepadatan saluran dan pengurangan SWaP-C sangat penting.
Selain pengurangan ukuran yang signifikan, teknologi TGV membawa manfaat lain untuk produk relai. Dengan menghilangkan ikatan kawat dan menggantinya dengan vias logam pendek yang terkontrol dengan baik, Menlo Micro mampu mengurangi parasit paket hingga lebih dari 75%. Desain ini mendukung frekuensi yang lebih tinggi, yang menjadi semakin penting dalam jaringan 5G, instrumentasi uji, dan berbagai aplikasi kedirgantaraan dan pertahanan. Selain itu, sifat unik dari kaca versus bahan substrat tradisional seperti silikon (CMOS) memungkinkan kerugian RF yang lebih rendah dan linieritas yang lebih tinggi, yang menghasilkan konsumsi daya yang lebih rendah dan efisiensi keseluruhan yang lebih tinggi.
Menerapkan teknologi TGV dalam kaca tertutup rapat menghilangkan interkoneksi yang tidak perlu yang memiliki kinerja sakelar dan relai terbatas selama beberapa dekade. Pendekatan ini juga meningkatkan kinerja sakelar dan mengurangi ukuran dan biaya perangkat secara keseluruhan ke tingkat yang akan menguntungkan banyak aplikasi.
Menlo Micro dan Corning saat ini bekerja sama untuk meningkatkan produksi sakelar sambil membuatnya lebih hemat biaya untuk diproduksi. Corning telah menerima minat dari perusahaan lain yang ingin memanfaatkan teknologi TGV untuk aplikasi seperti kemasan kaca dan layar kelas atas tanpa bingkai. Corning juga telah mengembangkan hak milik melalui desain dan proses untuk menyediakan interkoneksi tembaga kedap udara yang memungkinkan keandalan tinggi dan ukuran paket yang lebih kecil, membuka jalur untuk produksi massal perangkat berkemampuan TGV.
Menggunakan bahan, desain, dan teknik pemrosesan tingkat wafer yang eksklusif, teknologi sakelar Menlo Micro telah menunjukkan keandalan yang tinggi dalam aplikasi yang biasanya melebihi 10 miliar operasi switching dengan peta jalan untuk melebihi 20 miliar, semuanya sambil menangani ratusan volt dan puluhan amp arus. Perkembangan dalam ilmu material tingkat lanjut ini telah menghasilkan penanganan daya (kilowatt) yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam perangkat mikromekanis dengan kinerja, ukuran, biaya, dan keandalan listrik yang sangat baik dibandingkan dengan relai elektromekanis tradisional dan sakelar solid-state.
Memanfaatkan kemasan TGV, Menlo sedang mengembangkan produk relai RF yang menangani bandwidth dari DC-26 GHz, dengan peta jalan untuk melampaui 50 GHz. Platform relai mikromekanis Menlo Micro memungkinkan aplikasi RF dan AC/DC untuk beragam pasar seperti manajemen baterai, otomatisasi rumah, kendaraan listrik, militer, dan radio profesional, stasiun pangkalan 5G, dan IoT.
Ramping produksi
Menlo Micro telah mengirimkan produk berdasarkan teknologi sakelarnya dari lini produksi volume tinggi 8 inci sejak Oktober 2020, mengirimkan ke lebih dari 60 pelanggan utama hingga saat ini. Tidak seperti relai elektromekanis tradisional, yang dibuat satu per satu di jalur perakitan, ribuan perangkat sakelar Menlo Micro dapat diproduksi sekaligus dalam proses batch. Menlo Micro menggunakan pendekatan manufaktur yang sama yang dimanfaatkan oleh industri semikonduktor:fabrikasi berbasis wafer. Proses batch yang sepenuhnya otomatis ini memungkinkan pembuatan sakelar yang skalabel secara besar-besaran.
Kesimpulan
Selama 170 tahun sejarahnya, Corning telah mengembangkan banyak jenis produk kaca yang sekarang memiliki aplikasi luas dalam kehidupan kita sehari-hari, mulai dari pembuatan bola lampu pertama hingga proliferasi bahan kaca canggih yang digunakan pada layar smartphone dan kabel serat optik. Corning telah bekerja sama dengan Menlo Micro untuk memikirkan kembali relai elektromekanis tradisional dan sakelar solid-state. Bersama-sama, mereka membuat sakelar mikromekanis kecil hemat energi yang diproduksi dengan kaca kemurnian tinggi menjadi kenyataan praktis untuk teknologi generasi berikutnya yang akan memungkinkan elektrifikasi segalanya.
— Chris Giovanniello adalah salah satu pendiri dan SVP Pemasaran Seluruh Dunia di Menlo Micro.
Menlo Mikro ditampilkan sebagai salah satu dari 100 startup baru teratas EE Times yang harus diperhatikan, sekarang dalam ke-21 edisi.
Silicon 100 adalah daftar perusahaan rintisan elektronik dan semikonduktor yang menarik perhatian kami selama tahun sebelumnya.
Baca Silicon 100 yang baru dirilis yang tersedia dalam bentuk digital dari EE Times Store.
>> Artikel ini awalnya diterbitkan di situs saudara kami, EE Times Europe.
Konten Terkait:
Untuk lebih banyak Tertanam, berlangganan buletin email mingguan Tertanam.
Tertanam
Pencetakan 3D adalah teknologi mutakhir. Sejarahnya dimulai pada awal 1980-an. Hideo Kodama, seorang ilmuwan Jepang, adalah salah satu pemikir awal dalam pengembangan dan sejarah pencetakan 3D. Dia mengajukan paten pertama dalam penyembuhan sinar laser. Meskipun ia tidak berhasil mendapatkan pate
Industri otomotif menambahkan robot yang lebih canggih, mencari pencetakan 3D, dan mengintegrasikan teknologi canggih lainnya. Industri otomotif AS telah diotomatisasi selama beberapa dekade. Produksi mobil dan truk dikaitkan dengan robot raksasa yang dipagari dari karyawan manusia. Di dalam area
Pendapatan industri A&D global diperkirakan akan mulai pulih tahun ini setelah tahun 2020 yang penuh tantangan, menurut Deloitte. Meskipun sektor komersial lebih terkena dampak secara tidak proporsional daripada sektor pertahanan, memperkuat dan melestarikan inovasi di seluruh industri bergantung pa
Dengan lebih dari 120 tahun bisnis, KUKA (Keller und Knappich Augsburg) telah merayakan umur panjang dan inovasi selama lebih dari satu abad. KUKA telah mendorong kemajuan teknologi sejak dimulainya pada tahun 1898, ketika mereka memulai sebagai bisnis yang menjual penerangan yang terjangkau untuk r